Imagina que levanto un objeto de 100 kg a 1 cm del suelo y lo mantengo allí. Me gustaría saber ¿cuánta energía necesito gastar para mantener este objeto allí? Entiendo que, en sentido básico, la energía requerida es 0. Pero en realidad, gasto energía para mantener, digamos, mi mano rígida para mantener el objeto levantado. O puedo conectar un dron al objeto y quemar gasolina para mantenerlo a flote. ¿Alguna fórmula?
Tu pregunta es clara.
El gasto de energía se produce al realizar un trabajo que tiene las mismas unidades que la energía, y sabemos por la física elemental que el trabajo realizado en un campo gravitatorio es simplemente el producto de la fuerza por la distancia.
Digamos, por ejemplo, que tomas tu masa de 100 kg, la levantas del suelo y la colocas en un pedestal de 1 metro de altura. La fuerza que ejerces es , entonces unos 980 Newtons y la distancia recorrida, 1 metro por lo que gastas unos 980 Joules de energía. Y eso se hizo ya sea que lo hicieras con tus músculos o con un dron. Además, después de colocar el objeto en el pedestal, ni usted ni el pedestal continúan gastando energía. La energía no desapareció sino que se almacenó en el objeto y eso se llama energía potencial.
Lo que persiste después de que el objeto está en reposo es una fuerza hacia arriba ejercida por el pedestal que está en equilibrio con la fuerza hacia abajo (peso) del objeto. Pero el pedestal no gasta energía haciendo eso. Sin embargo, si está sosteniendo el objeto, o un UAV está quemando gasolina, se está gastando energía para mantener ese equilibrio de fuerza.
La cuestión es que esta pregunta tiene diferentes respuestas según el contexto y la configuración exacta.
Si sostiene el peso con el brazo, sería increíblemente agotador sostener un brazo estirado horizontalmente. Si, en cambio, sostienes tu brazo verticalmente, entonces podrías dejar que los huesos lleven la carga en lugar de los músculos, y tu esfuerzo es mucho, mucho menor.
El dron gastará combustible para suministrar la deriva ascendente necesaria contra el peso total que lo empuja hacia abajo. Pero la cantidad de energía que se necesita depende del combustible, el dron, el aire, la geometría y la estructura de las alas, etc.
Coloque el peso en un gancho en el techo y no se gastará energía en absoluto, ni usted ni ningún dron, ni tampoco el techo. No se requiere energía para que una fuerza esté presente . Pero tal fuerza puede ser el resultado de procesos que requieren energía, que es el caso del cuerpo humano con contracciones musculares y procesos biológicos, pero no el caso del techo.
Yashas
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